軸角

軸角

旋轉的軸角表示用兩個值參數化了旋轉: 一個或直線,和描述繞這個軸的旋轉量的一個。它也叫做旋轉的指數坐標。

有時也叫做旋轉向量表示,因為這兩個參數(軸和角)可用在這個軸上的其是旋轉角的一個向量來表示。

軸角表示在處理剛體動力學的時候是方便的。它對特徵化旋轉還有在剛體運動的不同表示之間的轉換是有用的。

基本介紹

  • 中文名:軸角
  • 外文名:Axis-Angle
  • 涉及學科:機械工程
  • 涉及學說:剛體動力學
簡介,與其他表示的聯繫,指數映射,對數映射,四元數,

簡介

軸角的英文名有:axial angle;optic(-axial) angle
軸角示意圖軸角示意圖
晶體中結晶軸之間的夾角。一般以αβγ表示。
晶體中3個結晶軸(三方或六方晶系晶體當選用4個結晶軸時,其d軸不包括在內)彼此間的交角。用α、β、γ表示,它們依次對應於b軸與c軸、c軸與a軸、a軸與b軸各自正端間的夾角。根據對稱特點,只有單斜晶系晶體的β角及三斜晶系晶體的全部3個軸角隨晶體的不同而異,是晶體的特徵性常數;其他各晶系晶體的軸角及單斜晶系晶體的α和γ均為確定的特殊角
有時也叫做旋轉向量表示,因為這兩個參數(軸和角)可用在這個軸上的其是旋轉角的一個向量來表示。
例子
假如你站在地面上,選取重力的方向為負 z 方向。如果你左轉,你將繞 z 軸旋轉 弧度
(或 90 度)。在軸角表示中,這將是
這可以表示為指示 z 方向的模為
的旋轉向量。

與其他表示的聯繫

表示旋轉有很多方式。理解它們相互之間的區別和如何轉換是重要的。

指數映射

從旋轉的軸角表示到旋轉矩陣的變換使用指數映射
本質上說,通過使用泰勒展開,你可以得出在這兩種表示之間的閉合形式的關係。給出一個軸
和角
,等價的旋轉矩陣給出為:
這裡的 R 是 3x3旋轉矩陣帽運算元給出與叉積被乘數對應的反對稱矩陣算符。

對數映射

要獲得旋轉矩陣的軸角表示,計算旋轉的角
並接著使用它來找到軸

四元數

要從軸角坐標變換到四元數使用下列表達式:
給出一個單位四元數,提取軸角坐標可以使用下列表達式:

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